【正文】 CMOS 工藝制造的具有很高的性能價格比的單片機，其本身資源：精簡指令的 CPU； 4KROM； 8 位 A/D 等，由于PIC16C73 的高性能，所以其太陽能熱水器系統(tǒng)設(shè)計簡單，性能優(yōu)良，工作可靠且成本較低。本設(shè)計的目的是設(shè)計適于日常應(yīng)用的能自動上水的太陽能熱水器，要求能自動檢測水的溫度和水位；當水位低于 30L 自動上水；水溫未達到設(shè)定值而又長時間無變化，系統(tǒng)自動啟動電加熱器將水加熱到設(shè)定溫度，當用戶按下加熱鍵時系統(tǒng)也可啟動電加熱器將水加熱到設(shè)定溫度，水溫達到設(shè)定值后系統(tǒng)自動進入保溫狀態(tài)。但太陽能熱水器也存在一些缺點，如陰雨天無法使用，不能顯示水溫水位，無法自動上水，不能根據(jù)用戶的要求設(shè)置水溫水位等，通常須采用太陽能加熱和電加熱相結(jié)合的方式來解決陰雨天的使用問題。本設(shè)計就是以 8051 單片機為主要控制芯片，輔之以其他外設(shè)及功能部件，對太陽能熱水器工作進行控制。 MCS— 51 系列單片機是 Intel 公司繼 MCS— 48 系列之后推出的功能更強、速度更快的 8 位高檔單片微機系列，更適用于各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)、智能化系統(tǒng)。 關(guān)鍵字： 單片機，溫度控制，水位控制 ABSTRACT This paper presents a kind of design about controlling solar energy waterheater with 8051 and other external facility, making solar energy waterheater more conveni ency. What this design adopt is 8051, with four thousand units of internal RAM capacity and two hundred and fiftysix units of internal ROM capacity which include the special function register. For this design, it has no necessary to expand external memorizer. Besides 8051,this design still uses some important external interface facility. For example, I adopt conversion 0809 to realize the transform of water temperature and water level. Furthermore, I control the keyset and display with programmable interface 8255. The design makes use of the threebusmastering namely total line of data, total line of address and total line of control adequately. So it is easy to realize the function of system. In addition, this design includes some correlative measure of the antiinterference. For example, I adopt light electricity of partition 4N25 to insulate input signal and output signal. I still make use of hardware to solve the problem of keys dithering and so on. This paper have expounded the principle of the application system and offered p artial hardware diagram and software diagram. KEY WORDS： signalchip processor, temperaturecontrol, water levercontrol 目 錄 前言???????????????????????????????? 1 第一章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計?????????????????????? 3 設(shè)計思路????????????????????????? 3 設(shè)計總框圖???????????????????????? 4 第二章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計?????????????????????? 5 數(shù)據(jù)采集?????????????? ??????????? 5 溫度傳感器 AD590?????????????????? 5 水位傳感器????????????????????? 6 采樣保持器????????????????????? 9 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換???????????????????????? 10 轉(zhuǎn)換概述 ???????????????????? 10 ?????????????????????? 11 MCS51 系列單片機 8051???????????????? ? 13 單片機概述???????????????????? 13 單片機 8051????????????????????? 14 數(shù)碼顯示與鍵盤??????????????????? 16 可編程并行接口 8255????????????????? 17 6 位 LED 數(shù)碼顯示與鍵盤??????????????? 18 輸出驅(qū)動與執(zhí)行機構(gòu)??????????????????? 19 加熱器的電路連接與分析?????????????? ? 19 達林頓管的原理及應(yīng)用???????????????? 20 上水閥的驅(qū)動電路分析???????????????? 21 系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計?????????????????? 21 按鍵消抖措施???????????????????? 21 光電隔離的應(yīng)用??????????????????? 23 第三章系統(tǒng)軟件部分設(shè)計?????????????????????? 24 主程序流程圖?????????????????????? 24 部分中斷服務(wù) 程序與子程序???????????????? 25 8255 初始化???????????????????? 25 AD 轉(zhuǎn)換程序???????????????????? 26 LED 數(shù)碼顯示程序?????????????????? 28 鍵盤掃描子程序??????????????????? 28 結(jié)論??????????????????????????????? 31 致謝??????????????????????????????? 32 參考文 獻????????????????????????????? 33 附錄 前言 目前，單片機已進入人類生活的各個領(lǐng)域，如家用電器的冰箱、洗衣機、空調(diào)等，由于配上了單片機，增加了功能，實現(xiàn)了智能化，使人類生活更加方便。此外，設(shè)計方案中還考慮了一些抗干擾措施，例如采用光電隔離器 4N25使輸入輸出有效隔離，采用硬件去抖動措施解決按鍵抖動的問題等等。本設(shè)計充分利用 8051 單片機系 統(tǒng)的三總線控制，即數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線的設(shè)計方式，為應(yīng)用系統(tǒng)功能的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。除了 8051，本設(shè)計還用到一些重要的外部功能器件，如采用 AD 轉(zhuǎn)換器 0809 來實現(xiàn)溫度和水位信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，還有可編程輸入輸出接口 8255 來實現(xiàn)鍵盤和顯示器接口。 摘 要 本文提出了一種以 MCS— 51 系列單片機 8051 為主要控制芯片，輔之以其他功能芯片對太陽能熱水器進行控制的設(shè)計方案，使太陽能熱水器使用起來更加方便、安全。 本設(shè)計采用的是 8051 單片機，其內(nèi)部 ROM 容量為 256B，對于本設(shè)計，無須外部擴展存儲器。鍵盤由四個按鍵來設(shè)置水溫或水位，用六位 LED 顯示器分別顯示水溫和水位。通過對 8051 單片機的外部功能擴展使系統(tǒng)具有自動上水與保溫的功能，還能自動驅(qū)動加熱及上水裝置來滿足系統(tǒng)的設(shè)置，使用起來安全可靠。 本文闡述了此應(yīng)用系統(tǒng)的工作原理，并給出部分硬件及軟件框圖。為了適應(yīng)不同產(chǎn)品對單片機的不同要求，半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家生產(chǎn)出了各種規(guī)格的單片機。近幾年來， MCS— 51 系列單片機的開發(fā)應(yīng) 用深受各個應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注和重視，應(yīng)用十分廣泛，發(fā)展極快，特別是 8051，在國內(nèi)是應(yīng)用最多、影響最大的單片機。 目前，太陽能熱水器以其安全、節(jié)能、無污染等優(yōu)點受到越來越多的消費者的歡迎。這就需要設(shè)計一套控制系統(tǒng)來實現(xiàn)自動電加熱，同時用這套系 統(tǒng)實現(xiàn)自動上水、保溫和水溫水位的檢測和顯示。本設(shè)計的技術(shù)要求是利用 LED 顯示水溫水位；四個按鍵設(shè)置水溫 /水位；A/D 轉(zhuǎn)換模塊；上水裝置，電加熱裝置；要求本系統(tǒng)具有較高的抗干擾性、實時性、能根據(jù)檢測數(shù)據(jù)迅速做出處理。而本設(shè)計要采用的是 MCS— 51 系列單片機 8051，其內(nèi)部 ROM 為4KB，內(nèi)部 RAM 為 256B（包括特殊功能寄存器），由于其不象 PIC16C73 那樣 自身帶有 A/D 轉(zhuǎn)換功能 ，所以要接 A/D 轉(zhuǎn)換器，以實現(xiàn)溫度和水位信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。此外，本設(shè)計方案還考慮了抗干擾措施，如光電隔離、鍵盤消抖等，將在后面詳細闡述。 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 設(shè)計思路 本次設(shè)計的目的是設(shè)計一個太陽能熱水器單片機控制系統(tǒng)。為了解決上述存在的問題，比較理想的方案就是采用單片機作為應(yīng)用系統(tǒng)的主控芯片，利用其強大的控制能力和豐富的資源，通過連接各種功能外設(shè)，使系統(tǒng)能正確、有效地完成服務(wù)。在硬件部分中，主要解決系統(tǒng)的硬件連接與各功能的分配，各部分的地址分配也被分到硬件部分里。 設(shè)計總框圖 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如下： 圖 11 系統(tǒng)總體框圖 由圖可知，本系統(tǒng)采用 MCS51 系列單片機 8051 作為系統(tǒng)的主要控制芯片。鍵盤有四個按鍵來設(shè)置水溫和水位，當 8051 掃描到有按鍵按下時，就輸出控制信號驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行 機構(gòu)，或控制加熱器改變水溫，或控制上水閥改變水位。 被 控 對 象 傳 感 器 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 8051 單 片 機 驅(qū)動裝置 LED 數(shù)碼顯示 鍵盤 光電隔離 驅(qū)動裝置 執(zhí)行機構(gòu) 可 編 程 8255 第二章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 數(shù)據(jù)采集 溫度傳感器 AD590 1．溫度傳感器 AD590 的工作原理 AD590 集成溫度傳感器，內(nèi)部含有放大電路，是一種兩端器件。在 （對應(yīng)于 攝氏度）時輸出電流恰好等于。 AD590 的電路符號為： AD590 作為一種高阻電流源，不存在反饋線上的電壓信號損失和噪聲干擾問題，其等效于一個高阻抗的恒流源，其輸出阻抗大于 10MΩ，能大大減小因電源電壓波動而產(chǎn)生的測溫誤差。 2． AD590 在本系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用 由 AD590 構(gòu)成的溫度檢測電路如圖 21 所示： 從圖中可知，由 MC1403 型帶隙基準電壓源輸出的 + 基準電壓，經(jīng)可調(diào)電阻 R1 接 AD590 的正極，并且還經(jīng)過 CD4051 型八選一模擬開關(guān)接 LM324 型四運放中的一個運算放大器反向輸入端。設(shè)通過 RR2 的電流分別為 I0、 I1，則 AD590 的電流表達式為 IO=I0+I1 （ 21） 因為 LM324 的電壓增益 AVO1,所以圖 21 中的 M 點為虛地，即 UM 為零伏。顯然，溫度上升 t℃時， I1必須增加到 t 21,RR 分別用于校準 0℃和 100℃。多路模擬開關(guān) CD4051 的通斷狀態(tài)受單片微機的控制。如果液體的密度恒定，則液體加在測量基準面上的壓力與液面到基準面的高度成正比，因此通過壓力的測定便可得知液面的高度。 由于需要測定的是 1h 高度，因此移動壓力傳感器的零點，把零點提高 2h? ， 就可以得到壓力與液面高度成比例的輸出。 同樣，只要移動壓差式傳感器的零點，就可以得到壓差與液面高度 1h 成比例的輸出。它由壓差傳感器和電路兩部分組成。當被測的壓力差加在高壓側(cè)和低壓側(cè)的輸入口時，該壓力差經(jīng)隔液膜片的傳遞作用于感壓膜片上，感壓膜片便產(chǎn)生位移，從而使動電極與固定電極 之間的電容量發(fā)生變化。 這種傳感器具有可靠性高、性能穩(wěn)定、體積小和重量輕等特點，因此，廣泛應(yīng)用于液面測量和液面自動控制。 CB90